第2课时 电解原理的应用,任务一、认真阅读教材第80页到第81页的内容,思考回答下列问题,自主学习电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气。 1.什么是氯碱工业? 提示习惯上,把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。 2.食盐水溶液中含有哪些离子?阴离子失电子的难易顺序和阳离子得电子的难易顺序如何?写出电极反应式和总反应式。 提示在食盐溶液中,存在着Na+、Cl-、H+、OH-四种离子。通电时,在阳极,Cl-比OH-容易失去电子,氧化生成氯气;在阴极,H+比Na+容易得到电子,还原生成氢气。,阅读思考,自主检测,阅读思考,自主检测,任务二、认真阅读教材第81页的内容,思考回答下列问题,自主学习电镀。 1.什么是电镀?电镀的目的是什么?镀层金属一般具有什么特点? 提示电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力,增加美观和表面硬度。镀层金属通常是一些在空气或溶液里不易发生变化的金属(如铬、镍、银)和合金(如黄铜)。,阅读思考,自主检测,2.电镀时,如何设计阴极、阳极和电解液? 提示电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极,把镀层金属作阳极,用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。 3.如何用电镀的方法电解精炼粗铜? 提示电解时,用纯铜板作阴极,粗铜板作阳极,用CuSO4溶液作电解液。当通以直流电时,作为阳极的粗铜逐渐溶解,纯铜在阴极上析出,粗铜中的多数杂质沉积在电解槽的底部。,阅读思考,自主检测,任务三、认真阅读教材第81页到第82页的内容,思考回答下列问题,自主学习电冶金。 1.什么是金属冶炼? 提示金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子,从它们的化合物中还原出来:Mn+ne- M。 2.常常用电解法冶炼哪些金属? 提示常常用电解法冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。 3.利用电解法制备金属钠时,电解液是什么?阴极、阳极的电极反应式及总反应式分别是什么?,阅读思考,自主检测,1.欲在金属表面镀银,应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中,选用的阳极金属和电镀液均正确的是( ) A.Ag和AgCl溶液 B.Ag和AgNO3溶液 C.Fe和AgNO3溶液 D.Pt和Ag2SO4溶液 答案:B 2.在冶金工业中,常用电解法得到钠、镁、铝等金属,其原因是( ) A.都是轻金属 B.都是活泼金属 C.成本低廉 D.这些金属的化合物熔点较低 答案:B,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,探究问题 实验目的:模拟电解原理的应用。实验装置:如右图所示: 1.若用如图所示装置,模拟氯碱工业,则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么?电极反应式和总反应式分别是什么?用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点?如何改进?,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,2.若用如图所示装置,模拟铁制品上镀铜,则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么?电极反应式分别是什么?电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化? 提示若用如图所示装置,模拟铁制品上镀铜,则电极a是Cu,电极b是铁制品,电解质溶液是CuSO4溶液。电镀过程中电解质溶液的浓度不变。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,3.若用如图所示装置,模拟电解精炼粗铜(含Zn、Fe、Ag等杂质),则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么?电极反应式分别是什么?电镀过程中电解质溶液中Cu2+的浓度如何变化?,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,知识点拨 一、电解饱和食盐水氯碱工业 1.原理(1)电极反应式:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,2.氯碱工业的电解槽 由阳极(金属钛网)、阴极(碳钢网)、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成,每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。如图表示一个单元槽的示意图。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,二、电镀与电解精炼的比较,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向一 氯碱工业原理的应用 【例题1】 如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法不正确的是( ) A.装置中的离子交换膜只允许阳离子通过,不允许阴离子通过 B.装置中出口处的物质是氢气,出口处的物质是氯气 C.除去杂质后的NaOH溶液从出口B处导出 D.转移0.8 mol电子时产生H2 8.96 L(标准状况下),重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,解析:阳离子交换膜只允许阳离子通过,A正确;处是阳极,发生 ,B错误;处H+放电后生成OH-,Na+通过离子交换膜从左室进入右室,所以除去杂质后的NaOH溶液从B口导出,C正确;生成1 mol H2转移2 mol电子,转移0.8 mol电子时生成0.4 mol H2,标准状况下为8.96 L,D正确。 答案:B 规律方法点拨 电解饱和食盐水时,电解产物之间能够发生化学反应,如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO,H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中,为避免这几种产物混合,需要使反应在特殊的电解槽中进行。工业上在阴极区和阳极区之间设置一个离子交换膜,阻止OH-向阳极区移动,使氯气与氢氧化钠不能发生反应,从而制得烧碱、氯气和氢气。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体验1关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是( ) A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠 B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液, 溶液呈现紫色 C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液, 溶液呈现无色 D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈现中性 解析:电解NaCl溶液,阴极生成H2和NaOH,阳极生成Cl2。 答案:B,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向二 电镀原理的应用 【例题2】 某同学欲在铜钥匙上镀锌,有关说法正确的是( ) A.用铜钥匙做阳极,碳棒做阴极,CuSO4溶液做电解质溶液 B.Zn与铜钥匙用导线相连插入ZnSO4溶液中 C.Zn做阳极,铜钥匙做阴极,ZnSO4溶液做电镀液电解 D.在电镀过程中溶液中的Zn2+浓度减小,Cu2+浓度增大 解析:锌为镀层金属,需做阳极,铜为镀件,需做阴极,含有镀层金属离子的溶液做电解液。 答案:C,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,规律方法点拨 (1)电镀的特点: 阳极材料是活性电极(金属活动性顺序Ag以前,即除Au、Pt),阳极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。 一多、一少:“一多”指阴极上有镀层金属沉积,“一少”指阳极上有镀层金属溶解。 (2)电镀过程中电镀液浓度的变化情况: 若电镀池的阳极为镀层金属,则阳极溶解产生的离子的物质的量等于溶液中的离子在阴极得电子析出的物质的量,此时,电镀液的浓度保持不变,电镀过程中,需要经常更换阳极材料。 若电镀池的阳极为惰性电极,则阳极不溶解,但溶液中的离子在阴极得电子析出,此时,电镀液的浓度不断减小,电镀过程中,需要经常更换电镀液。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体验2在铁制品上镀一层一定厚度的锌层,以下方案设计正确的是( ) A.锌做阳极,镀件做阴极,溶液中含有锌离子 B.铂做阴极,镀件做阳极,溶液中含有锌离子 C.铁做阳极,镀件做阴极,溶液中含有亚铁离子 D.锌做阴极,镀件做阳极,溶液中含有亚铁离子 解析:电镀原理是镀层金属做阳极、镀件做阴极,含有镀层金属阳离子的电解质溶液做电镀液。 答案:A,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向三 电解精炼原理的应用 【例题3】 以硫酸铜溶液做电解液,对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。下列叙述正确的是( ) 粗铜与直流电源负极相连 阴极发生的反应为Cu2+2e- Cu 电路中每通过3.011023个电子,得到的精铜质量为16 g 杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽形成阳极泥 A. B. C. D. 解析:粗铜做阳极,与电源正极相连;杂质Ag以单质的形式形成阳极泥。 答案:D,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,规律方法点拨 (1)电解精炼过程: 电解精炼粗铜时,用含杂质的铜做阳极,精铜做阴极。反应过程中阳极上首先是比Cu活泼的金属失去电子成为离子,进入溶液,在阴极只有Cu2+得电子成为单质,然后是Cu失去电子成为离子,进入溶液,在阴极仍然只有Cu2+得电子成为单质,当金属铜放电完毕,活泼性比Cu差的金属掉落形成阳极泥,此时电路断路,电解结束;其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。 (2)电解精炼过程中,溶液中Cu2+浓度的变化情况: 阳极上比Cu活泼的金属放电时,溶液中的Cu2+在阴极上放电,浓度不断减小,然后当Cu放电时,生成一个铜离子进入溶液的同时,溶液中的一个铜离子得电子变成铜单质析出,溶液中的Cu2+浓度保持不变。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体验3以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是( ) A.溶液中Cu2+浓度保持不变 B.粗铜接电源正极,发生还原反应 C.溶液中Cu2+向阳极移动 D.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属 解析:电解精炼铜时利用了电解原理,电能转化为化学能,也有少量转化为热能。电解精炼时粗铜做阳极,发生氧化反应,精铜做阴极,发生还原反应。电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,在阴极上得电子。粗铜中的不活泼金属不能失电子,以阳极泥的形式沉积在阳极附近。 答案:D,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向四 电化学的相关计算 【例题4】 如图所示,若电解5 min时,测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答: (1)电源中X极是 (填“正”或“负”)极。 (2)通电5 min时,B中共收集到224 mL(标准状况下)气体,溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计),则通电前c(CuSO4)= 。 (3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL,则电解后溶液的pH为 。(KW=1.010-14),重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,解析:(1)铜极增重,说明银在铜极上析出,则铜极为阴极,X为负极。 (2)C中铜极增重2.16 g,即析出0.02 mol Ag,线路中通过0.02 mol电子。由4e-O2,可知B中产生的O2只有0. 005 mol,即112 mL。但B中共收集到224 mL气体,说明还有112 mL气体是H2,即Cu2+全部在阴极放电后,H+接着放电产生了112 mL H2,则通过0.01 mol电子时,Cu2+已完全被还原。由2e-Cu,可知n(Cu2+)=0.005 mol,则c(CuSO4)= =0. 025 molL-1。 (3)由4e-4OH-知,A中生成0. 02 mol OH-,则c(OH-)=0.1 molL-1,c(H+)= molL-1=1.010-13 molL-1,pH=13。 答案:(1)负 (2)0. 025 molL-1 (3)13,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,规律方法点拨 电化学的有关计算 (1)计算的原则: 阳极还原剂失去的电子数=阴极氧化剂得到的电子数。 串联电路中通过各电极的电子总数相等。 电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。 (2)计算的方法:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,(3)注意几个等量关系式: 当电流通过一个或多个串联的电解池时,它们皆处于同一闭合电路中,所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。 常见电化学计算的对应关系:如电解中析出气体时,在同温、同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)n(Cl2)n(O2)=110.5。 总之,电解混合溶液时要注意电解的阶段性,电极反应式和总电池反应式,电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。,